《國際空間科學小衛(wèi)星發(fā)展路線圖》由國際空間研究委員會(COSPAR)負責制定,旨在通過利用小衛(wèi)星的創(chuàng)新和國際合作促進空間科學前沿研究。全球小衛(wèi)星領(lǐng)域的快速發(fā)展使我們有機會利用小衛(wèi)星的發(fā)展形勢來實現(xiàn)科學進步。具體而言,低成本發(fā)射機會正變得越來越多,商業(yè)硬件的普及也降低了空間科學小衛(wèi)星任務的成本。這反過來會提高小衛(wèi)星的發(fā)射頻率,鼓勵科學家提出更多創(chuàng)新性的小衛(wèi)星任務建議,并最終促成科學突破的實現(xiàn)。此外,新計算機技術(shù)和計算方法正在改變數(shù)據(jù)的獲取、管理和處理的方式,而小衛(wèi)星所帶來的大量數(shù)據(jù)集客觀上要求科學數(shù)據(jù)分析采用新的范式。
《國際空間科學小衛(wèi)星發(fā)展路線圖》舉例說明了由小衛(wèi)星發(fā)展變革所帶來的長期科學愿景?紤]到制定路線圖的目的,文中的“小衛(wèi)星”并不十分嚴格地被定義為質(zhì)量不超過幾百千克的航天器,但是研制和發(fā)射這些航天器的過程比這一質(zhì)量限制指標更加重要!秶H空間科學小衛(wèi)星發(fā)展路線圖》旨在鼓勵空間科學界充分利用小衛(wèi)星工業(yè)界的新發(fā)展形勢來增加衛(wèi)星任務發(fā)射頻率,并改變空間科學小衛(wèi)星的研制和管理方式。最后,《國際空間科學小衛(wèi)星發(fā)展路線圖》分別向空間科學界、航天工業(yè)界、各國航天局、航天政策制定者和國際空間研究委員會提出了一些建議。
2017年初,在國際空間研究委員會的支持下,由領(lǐng)軍科學家和工程師組成的小衛(wèi)星國際研究小組正式成立,開展一項為期兩年的研究來制定《國際空間科學小衛(wèi)星發(fā)展路線圖》(4S)!秶H空間科學小衛(wèi)星發(fā)展路線圖》定義“小衛(wèi)星”的質(zhì)量上限為幾百千克,但是作為(判定)指標,衛(wèi)星質(zhì)量的重要性低于研制和發(fā)射這些衛(wèi)星的過程。由于立方星(Cube Sats)在小衛(wèi)星發(fā)展變革中起到了關(guān)鍵作用,因此《國際空間科學小衛(wèi)星發(fā)展路線圖》也對立方星和利用立方星技術(shù)的小衛(wèi)星進行了重點討論。立方星是小衛(wèi)星的一種,以10厘米見方為一個單位(一個單位稱為1U,兩個單位稱為2U,以此類推)。此外,《國際空間科學小衛(wèi)星發(fā)展路線圖》的研究受到兩份研究報告的啟發(fā):一是澤布臣等人于2016年發(fā)表在《今日空間研究》上的論文,二是美國科學工程和醫(yī)學院(NASEM)的一份戰(zhàn)略報告。
感謝郭世杰和許永建兩位譯者的努力,使得剛剛發(fā)布不久的《國際空間科學小衛(wèi)星發(fā)展路線圖》(以下簡稱《路線圖》)能以中文的形式和大家見面。盡管對空間科學和技術(shù)領(lǐng)域工作的大部分人而言,閱讀英文原文并沒有什么障礙,但是,仍然不如有一本自己母語的《路線圖》在手隨時可以參閱來得方便。
本書是國際空間研究委員會(COSPAR)為了應對小衛(wèi)星、微衛(wèi)星和立方星的快速發(fā)展以及空間科學研究的需求,提出的一項戰(zhàn)略研究項目。項目由國際上相關(guān)領(lǐng)域的知名科學家組成的研究組領(lǐng)導和完成。戰(zhàn)略研究主要是通過組內(nèi)的電話/視頻會議、集中會議以及幾次擴大的研討會等方式進行,其中兩位共同主席做了大量的工作。
其實定義為“小衛(wèi)星”并不是因為它小。在航天技術(shù)發(fā)展初期,各國發(fā)射的衛(wèi)星都不大,但是它們不能被稱為現(xiàn)代意義上的小衛(wèi)星。我們這里定義的小衛(wèi)星是在20世紀80年代中期出現(xiàn)的,由英國薩瑞大學的馬丁·斯威廷(Martin Sweeting)教授發(fā)起,通過使用廉價的商用器件,成功地實現(xiàn)了低成本、多用途和搭載發(fā)射的小衛(wèi)星系列,改變了衛(wèi)星研制的商業(yè)生態(tài),極大地推動了遙感、通信和科學實驗領(lǐng)域的衛(wèi)星應用。之后,由于電子技術(shù)集成化的發(fā)展,這種100kg以下的微小衛(wèi)星的質(zhì)量、體積進一步縮小,直至形成了質(zhì)量在1kg左右、體積為10厘米見方(10cm×10cm×10cm)的標準化的立方星體系,其研制成本也逐漸降到100萬元人民幣以下。
然而這樣的微小衛(wèi)星甚至立方星,除了在大學里發(fā)揮了不可替代的教育實習作用以外,在其他方面的應用還是十分有限的,特別是在空間研究方面。而對空間研究來說,由于都是政府項目,經(jīng)費非常有限,利用廉價的微小衛(wèi)星甚至立方星就成為了非常吸引人的領(lǐng)域。因此,COSPAR開展這項戰(zhàn)略研究就適逢其時了。
盡管這項研究的目的是針對小衛(wèi)星的,但其覆蓋和涉及的相關(guān)領(lǐng)域并不少于其他大衛(wèi)星。因此,盡管研究團隊盡了最大努力,仍然不可避免會有一些遺漏。當然,如果讀者發(fā)現(xiàn)自己的想法并沒有被這個路線圖包括進去,這自然是一件非常好的事情,甚至可能是獨一無二的創(chuàng)新方向。因此,不要被這個路線圖描繪的方向所限制。它也僅僅是為大家描述了一個一般性的框架,并為相關(guān)管理機構(gòu)提供了一個計劃和安排支持經(jīng)費的參考基礎(chǔ)。相信在這個路線圖的牽引下,會有越來越多的小衛(wèi)星、立方星用于科學研究,推動空間科學在新的維度上快速發(fā)展。
郭世杰,畢業(yè)于中國科學院國家空間科學中心,目前在中國科學院文獻情報中心工作,空間光電與重大科研設(shè)施團隊咨詢師。
許永建,畢業(yè)于北京外國語大學,目前在中國科學院國家空間科學中心從事國際合作管理工作。國家一級翻譯、中國翻譯協(xié)會會員、中國科學院科技翻譯工作者協(xié)會會員。
李靖,中國科學院國家空間科學中心研究員,主要從事空間科學先導專項衛(wèi)星工程管理工作。
中譯本序
譯者的話
前言
第1章 我們的小衛(wèi)星社區(qū)
1.1 小衛(wèi)星和立方星的歷史和現(xiàn)狀
1.2 小衛(wèi)星和立方星的科學潛力
第2章 小衛(wèi)星未來展望
2.1 小衛(wèi)星在地球科學和地球空間科學領(lǐng)域中的潛力
2.2 太陽系小衛(wèi)星集群探測
2.3 小衛(wèi)星合成孔徑望遠鏡
2.4 星際任務
第3章 小衛(wèi)星未來發(fā)展的障礙和對策
3.1 資金
3.2 支持小衛(wèi)星發(fā)展的政策的作用
3.3 利用工業(yè)界發(fā)展
3.4 支持創(chuàng)新
3.5 合作
……
第4章 空間科學小衛(wèi)星發(fā)展建議
第5章 昨天和今天
Small Satellites for Space Science-A COSPAR Scientific Roadmap
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參考文獻
彩圖